考虑天然气压力能综合利用的数据中心供能优化调度方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑天然气压力能综合利用的数据中心供能优化调度方法，涉及数据中心能源管理技术领域。本发明专利技术通过构建数据中心供能系统，包括天然气压力能综合利用单元、以及分别与数据中心连接的燃气轮机、吸收式制冷机、电制冷机、储能设备和配电网；利用分析法分别构建天然气压力能综合利用单元的膨胀发电潜力模型和膨胀制冷潜力模型；建立数据中心的电功率需求模型和冷功率需求模型，构建数据中心供能系统的优化调度模型并进行求解，提高了天然气压力能的综合利用率，同时通过优化数据中心的供电和供冷，使得数据中心的供电和制冷需求更加优化，以一种更加节能低碳的方式运行。行。行。

【技术实现步骤摘要】
考虑天然气压力能综合利用的数据中心供能优化调度方法


[0001]本专利技术涉及数据中心能源管理
，更具体的说是涉及一种考虑天然气压力能综合利用的数据中心供能优化调度方法。

技术介绍

[0002]天然气作为一种清洁能源，在西南地区储量丰富，并且在能源市场上占有很大份额。随着天然气产业的发展，天然气管网的建设也迅速展开，形成了以西气东输和川气东送为基础的全国天然气输送管网。未来天然气管网系统必将迅速发展，而西南地区作为天然气重要生产地，在天然气的开采到用户的过程中蕴含巨大的压力能。
[0003]目前天然气压力能主要用来发电和制冷，但是由于调压站点通常处于远郊地带，所产生的电能、冷能存在消纳困难的问题，造成能量的浪费。同时，随着“东数西算”工程全面启动，未来将会有更多的数据中心在西部铺开。我国数据中心在过去很长一段时间内依赖化石能源，对清洁能源的利用率很低。
[0004]因此，如何提高天然气压力能的综合利用率，提供一种是考虑天然气压力能综合利用的数据中心供能优化调度方法本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种考虑天然气压力能综合利用的数据中心供能优化调度方法，用以解决
技术介绍
中存在的技术问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种考虑天然气压力能综合利用的数据中心供能优化调度方法，包括：
[0008]步骤1、构建数据中心供能系统；所述数据中心供能系统包括天然气压力能综合利用单元、以及分别与数据中心连接的燃气轮机、吸收式制冷机、电制冷机、储能设备和配电网；
[0009]所述天然气压力能综合利用单元包括，预热装置、膨胀机及换热机组，所述预热装置的输入端与天然气高压管网的输出端连接，所述预热装置的输出端与所述膨胀机的输入端连接，所述膨胀机的第一输出端与数据中心连接，所述膨胀机的第二输出端依次与所述换热机组、数据中心连接；
[0010]步骤2、利用分析法分别构建天然气压力能综合利用单元的膨胀发电潜力模型和膨胀制冷潜力模型，获取天然气压力能综合利用单元的压力发电功率和制冷功率；
[0011]步骤3、建立数据中心的电功率需求模型和冷功率需求模型，并获取数据中心运行时的电功率和制冷功率；
[0012]步骤4、构建数据中心供能系统的优化调度模型；为兼顾经济性，以日运行成本最低为目标函数，包括购电成本、购能成本及设备维护成本；约束条件分别考虑电功率平衡约束、制冷功率平衡约束、设备功率约束、数据中心温度约束和储能约束；
[0013]步骤5、利用Matlab
‑
Yalmip
‑
CPLEX工具包对优化调度模型进行求解，得到优化后
的目标函数值。
[0014]优选的，步骤1的数据中心供能系统中，燃气轮机通过燃烧降压后的天然气为数据中心提供电能，同时燃气轮机燃烧产生的余热用于驱动吸收式制冷机为数据中心提供冷能。
[0015]优选的，步骤1的数据中心供能系统中，电制冷机通过储能设备或配电网提供的电能为数据中心提供冷能。
[0016]优选的，步骤2中，利用分析法构建天然气压力能综合利用单元的膨胀发电潜力模型具体包括：
[0017][0018]式中，P
r
表述天然气压力的发电功率；η
e
为天然气压力能综合利用单元可发电的比率；T0为天然气调压后的温度；R
g
为然气气体常数；q
v
为标准状态下的天然气通过膨胀机的体积流量；P为天然气调压前的压力；P0为天然气调压后的压力；ρ为管网中的天然气在标准状态下的密度。
[0019]步骤2中，利用分析法构建天然气压力能综合利用单元的膨胀制冷潜力模型具体包括：
[0020][0021]式中，P
t
表示天然气温度的制冷功率；e
x,t
表示t时刻天然气压力能综合利用单元中天然气的温度q
v
为标准状态下的天然气通过膨胀机的体积流量；ρ为管网中的天然气在标准状态下的密度。
[0022]优选的，步骤3中建立数据中心的电功率需求模型和冷功率需求模型，具体包括：
[0023]建立数据中心的电功率需求模型：
[0024]p
d,t
＝(kf
CPU
+bN)+p
server
N
[0025]式中：p
d,t
为t时刻数据中心运行时的电功率，N为数据中心的服务器个数，k表示数据中心的服务器中芯片的使用率，b表示数据中心的服务器中芯片实时功率损耗的正相关系数，p
server
为服务器集群的基础功耗；
[0026]建立数据中心的冷功率需求模型：
[0027][0028]式中:p
d,t
为数据中心t时刻运行时的电功率，Q
d，t
为数据中心t时刻运行时所需的制冷功率，LF为数据中心的负载系数。
[0029]优选的，步骤4中所述优化调度模型的目标函数，具体包括：
[0030][0031]式中p
ex,t
为数据中心t时刻供能系统与电网交换功率，C
ph,t
表示电网购电价格，C
set
表示向电网售电价格；C
g
表示每立方天然气价格，P
g
表示消耗天然气的速率；p
r,t
、p
b,t
、p
e,t
、p
m,t
分别表示膨胀机t时刻天然气压力的发电功率、t时刻蓄电池充放电功率、t时刻电制冷机功率、t时刻燃气轮机发电功率，η表示燃气轮机的换热效率，c
r
、c
b
、c
e
、c
m
、c
a
分别表示膨胀机单位功率的使用维护成本、蓄电池单位功率的使用维护成本、电制冷机单位功率的使用维护成本、燃气轮机单位功率的使用维护成本、吸收式制冷机单位功率的使用维护成本。
[0032]优选的，步骤4中，约束条件分别考虑电功率平衡约束、制冷功率平衡约束、设备功率约束、数据中心温度约束和储能约束，具体包括：
[0033]电功率平衡约束：
[0034]pr,t+pex,t+pm,t+pb,t＝pe,t+pd,t，
[0035]式中，p
r,t
表示膨胀机t时刻天然气压力的发电功率；p
ex,t
为数据中心t时刻供能系统与电网交换功率；p
m,t
为t时刻燃气轮机发电功率；p
b,t
为t时刻蓄电池充放电功率；p
e，t
为t时刻电制冷机功率；p
d,t
为数据中心t时刻运行时的电功率；
[0036]制冷功率平衡约束：
[0037]η
HE
(Q...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑天然气压力能综合利用的数据中心供能优化调度方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1、构建数据中心供能系统；所述数据中心供能系统包括天然气压力能综合利用单元、以及分别与数据中心连接的燃气轮机、吸收式制冷机、电制冷机、储能设备和配电网；所述天然气压力能综合利用单元包括，预热装置、膨胀机及换热机组，所述预热装置的输入端与天然气高压管网的输出端连接，所述预热装置的输出端与所述膨胀机的输入端连接，所述膨胀机的第一输出端与数据中心连接，所述膨胀机的第二输出端依次与所述换热机组、数据中心连接；步骤2、利用分析法分别构建天然气压力能综合利用单元的膨胀发电潜力模型和膨胀制冷潜力模型，获取天然气压力能综合利用单元的压力发电功率和制冷功率；步骤3、建立数据中心的电功率需求模型和冷功率需求模型，并获取数据中心运行时的电功率和制冷功率；步骤4、构建数据中心供能系统的优化调度模型；为兼顾经济性，以日运行成本最低为目标函数，包括购电成本、购能成本及设备维护成本；约束条件分别考虑电功率平衡约束、制冷功率平衡约束、设备功率约束、数据中心温度约束和储能约束；步骤5、利用Matlab
‑
Yalmip
‑
CPLEX工具包对优化调度模型进行求解，得到优化后的目标函数值。2.根据权利要求1所述的数据中心供能优化调度方法，其特征在于，步骤1的数据中心供能系统中，燃气轮机通过燃烧降压后的天然气为数据中心提供电能，同时燃气轮机燃烧产生的余热用于驱动吸收式制冷机为数据中心提供冷能。3.根据权利要求1所述的数据中心供能优化调度方法，其特征在于，步骤1的数据中心供能系统中，电制冷机通过储能设备或配电网提供的电能为数据中心提供冷能。4.根据权利要求1所述的数据中心供能优化调度方法，其特征在于，步骤2中，利用分析法构建天然气压力能综合利用单元的膨胀发电潜力模型具体包括：式中，P
r
表述天然气压力的发电功率；η
e
为天然气压力能综合利用单元可发电的比率；T0为天然气调压后的温度；R
g
为然气气体常数；q
v
为标准状态下的天然气通过膨胀机的体积流量；P为天然气调压前的压力；P0为天然气调压后的压力；ρ为管网中的天然气在标准状态下的密度。5.根据权利要求1所述的数据中心供能优化调度方法，其特征在于，步骤2中，利用分析法构建天然气压力能综合利用单元的膨胀制冷潜力模型具体包括：式中，P
t
表示天然气温度的制冷功率；e
x,t
表示t时刻天然气压力能综合利用单元中
天然气的温度q
v
为标准状态下的天然气通过膨胀机的体积流量；ρ为管网中的天然气在标准状态下的密度。6.根据权利要求1所述的数据中心供能优化调度方法，其特征在于，步骤3中建立数据中心的电功率需求模型和冷功率需求模型，具体包括：建立数据中心的电功率需求模型：p
d,t
＝(kf
CPU
+bN)+p
server
N式中：p
d,t
为t时刻数据中心运行时的电功率，N为数据中心的服务器个数，k表示数据中心的服务器中芯片的使用率，b表示数据中心的服务器中芯片实时功率损耗的正相关系数，
pserver
为服务器集群的基础功耗；建立数据中心的冷功率需求模型：式中:p...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨威，陈能聪，张安安，李茜，林冬，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：